本文關(guān)鍵詞：快速熱解過程中煤生物質(zhì)初次破碎機理及其化學結(jié)構(gòu)變化的研究　出處：《華東理工大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：快速熱解過程是氣流床氣化的重要步驟,在這個過程中顆粒的物理和化學性質(zhì)發(fā)生劇烈改變,對焦氣化效率產(chǎn)生重大影響。在快速升溫條件下,煤/生物質(zhì)會快速釋放氣體,顆粒分裂成小碎片,尺寸和形貌發(fā)生顯著改變,從而對其氣化和成灰的特征產(chǎn)生影響。焦的化學結(jié)構(gòu)也會因破碎而發(fā)生變化,導(dǎo)致焦氣化活性的變化。因此,探究煤和生物質(zhì)等固體含碳物料在快速熱解過程中發(fā)生的物理和化學變化,對理解快速熱解行為,預(yù)測快速熱解焦的氣化特性有十分重要的意義。本文研究了煤/生物質(zhì)在快速熱解過程中的物理和化學變化,通過改變實驗條件(熱解溫度、熱解時間和原料種類),考察了熱解過程中物理、化學結(jié)構(gòu)變化的影響因素。通過在一種可控停留時間的快速熱解裝置上進行熱解實驗,對熱解初期的行為進行考察;通過對煤/生物質(zhì)的粒徑分布、形貌、密度變化的測量,量化了其快速熱解過程中的破碎特征;通過分析顆粒在脫氣過程中內(nèi)部的壓力分布情況,建立了初次破碎的機理模型;通過分析焦的元素組成、XRD和紅外光譜,研究了熱解對焦化學結(jié)構(gòu)的影響。(1)研究了煤的快速熱解過程。煤的熱解程度隨溫度和時間的增加而增加,表現(xiàn)為固體的失重率增加,揮發(fā)分殘余率下降以及氣體釋放量增加�？焖贌峤鈼l件下,煤熱解的時間尺度在數(shù)百毫秒量級內(nèi),熱解的程度隨煤種的不同而異,內(nèi)蒙褐煤≈神府煙煤晉城無煙煤。低溫下熱解焦的形貌未發(fā)生顯著變化,高溫下因為熱解氣體的快速釋放,嚴重地破壞了焦的物理構(gòu)造,導(dǎo)致焦表面有明顯的裂縫和孔道結(jié)構(gòu)。(2)研究了煤在快速熱解中的初次破碎過程。煤的破碎過程對時間和溫度十分敏感,更高的熱解溫度和更長的停留時間會強化破碎過程;高溫下,粗破碎過程快速發(fā)生,并在短時間內(nèi)完成。破碎程度因煤種而異,內(nèi)蒙褐煤≈神府煙煤晉城無煙煤。破碎過程中,煤顆粒的形貌參數(shù),如球形度、寬長比、對稱度和凸度未發(fā)生顯著變化,顆粒的核心并未發(fā)生劇烈破碎。其中內(nèi)蒙褐煤和神府煙煤的熱破碎主要發(fā)生在顆粒的外層區(qū)域,而晉城無煙煤主要以表層剝落為主。高溫下熱解初期神府煙煤在快速熱解過程中存在膨脹現(xiàn)象。(3)考察了生物質(zhì)的快速熱解行為和初次破碎特征。生物質(zhì)比煤的快速熱解更加迅速,其熱解程度隨溫度和時間的增加而增加。與煤相比,破碎過程中生物質(zhì)的形貌參數(shù)發(fā)生顯著變化,其中球形度和寬長比升高。破碎后形成焦的形貌發(fā)生極大的變化,其中小顆粒在熱解過程中形貌變得更加規(guī)則,大顆粒的破碎則與煤類似,發(fā)生在顆粒的外層區(qū)域。研究結(jié)果表明,更高的熱解溫度和更長的熱解時間會強化生物質(zhì)的初次破碎過程。不同類型生物質(zhì)的破碎程度各異,鋸末小麥秸稈稻草,這種差別可能與生物質(zhì)的灰含量有關(guān)。(4)探究了煤/生物質(zhì)顆粒在快速熱解過程中的破碎機理�？焖贌峤膺^程中,顆粒的中心壓力最高,內(nèi)外壓力差為初次破碎的主要推動力。脫揮發(fā)分產(chǎn)生的壓差越大,破碎速率越高。壓差與顆粒的破碎速率呈線性關(guān)系。破碎的推動力存在臨界值,低于臨界壓差時,顆粒的破碎不明顯。煤的臨界壓差隨其碳和灰總量的升高而增加,生物質(zhì)的臨界壓差則隨灰含量的升高而增加。破碎阻力與顆粒性質(zhì)有關(guān),煤的對抗應(yīng)力沖量隨其碳和灰總量的升高而增加,生物質(zhì)的對抗應(yīng)力沖量則隨灰含量的升高而單調(diào)增加。(5)研究了快速熱解焦中化學結(jié)構(gòu)的變化�？焖贌峤膺^程中,焦的H/C比和O/C比隨熱解溫度和熱解時間的增加而減小。焦中石墨結(jié)構(gòu)比例增加,但石墨微晶的層數(shù)減小。快速熱解過程中,焦中化學結(jié)構(gòu)參數(shù)隨溫度和時間的增大而升高。低階煤的熱穩(wěn)定性低,其原煤化學結(jié)構(gòu)參數(shù)低,但增長率高。
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ530.2

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 Andrew O.Odeh;;Qualitative and quantitative ATR-FTIR analysis and its application to coal char of different ranks[J];燃料化學學報;2015年02期

2 王輔臣;;大規(guī)模高效氣流床煤氣化技術(shù)基礎(chǔ)研究進展[J];中國基礎(chǔ)科學;2008年03期

3 常海洲;蔡雪梅;李改仙;白官;呂秀清;;不同還原程度煤顯微組分堆垛結(jié)構(gòu)表征[J];山西大學學報(自然科學版);2008年02期

4 王輝;姜秀民;劉建國;;水煤漿和原煤粉居里點裂解儀對比實驗研究[J];化學工程;2007年03期

5 周靜,何品晶,于遵宏;用熱失重儀研究煤快速熱解[J];煤炭轉(zhuǎn)化;2004年02期

6 于廣鎖,牛苗任,王亦飛,梁欽鋒,于遵宏;氣流床煤氣化的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];現(xiàn)代化工;2004年05期

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本文編號：1315960